En la vida diaria, combinar dos líquidos templados no produce algo más caliente, aunque conceptualmente estemos realizando una suma. Del mismo modo, dos partículas de luz visible no suelen combinarse espontáneamente para generar una sola partícula de mayor energía. Sin embargo, un equipo de investigadores acaba de demostrar que esto puede lograrse mediante un cristal especialmente diseñado para reorganizar esa energía y transformar parte de la luz solar en radiación ultravioleta.
Muchas de las reacciones químicas más útiles para la industria necesitan un impulso energético que la luz visible no puede proporcionar. Aunque la exposición excesiva a la radiación ultravioleta puede ser perjudicial para las personas, esta también se utiliza para desinfectar agua, endurecer resinas en impresoras 3D, activar fotocatalizadores y acelerar determinados procesos químicos.
El problema es que solo una pequeña fracción de la radiación solar que alcanza la superficie terrestre corresponde al ultravioleta. La atmósfera y la capa de ozono filtran gran parte de ella antes de que llegue al suelo. Por eso los científicos llevan años buscando formas de convertir parte de la abundante luz visible en radiación ultravioleta utilizable.
En el Día de Star Wars, ponemos fin a una pregunta que ha atormentado durante años a los aficionados a la ciencia ficción.
Para abordar este problema, investigadores de la Universidad de Kyushu desarrollaron un cristal orgánico capaz de combinar la energía de dos fotones de baja energía para producir uno más energético. El fenómeno en el que se basa, conocido como conversión ascendente de fotones, no es nuevo, pero durante décadas ha funcionado principalmente en soluciones líquidas o materiales blandos.
La innovación del equipo consiste en haber diseñado una estructura cristalina capaz de realizar este proceso en estado sólido, sin sufrir las pérdidas energéticas que normalmente aparecen cuando las moléculas se empaquetan estrechamente. Según la publicación en Nature Communications, esta arquitectura permite que la energía se desplace por el material sin disiparse con rapidez, una de las principales limitaciones que habían frenado esta tecnología.
“Esto significa que se producen aproximadamente dos fotones UV por cada cien fotones de luz visible absorbidos. Puede parecer poco, pero funciona solo con la luz solar natural. La mayoría de los materiales de estado sólido no pueden lograr esto ni siquiera con una intensidad de luz mucho mayor», dijo Yoichi Sasaki, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa.
Aunque la eficiencia aún está lejos de la necesaria para aplicaciones comerciales, el resultado acerca esta tecnología a formatos que algún día podrían integrarse en dispositivos prácticos. En teoría, materiales de este tipo podrían incorporarse a paneles solares, recubrimientos para ventanas o superficies capaces de aprovechar la luz solar para impulsar procesos de descontaminación, purificación o desinfección.
Más allá de las aplicaciones inmediatas, la fotoconversión ascendente representa una de las estrategias más ambiciosas de la ciencia de materiales contemporánea. En lugar de limitarse a capturar la energía de la luz, los investigadores buscan reorganizarla y concentrarla en formas más útiles. Si la eficiencia de estos sistemas continúa mejorando, podrían abrir la puerta al aprovechamiento de regiones enteras del espectro solar que hoy permanecen infrautilizadas.
El cristal desarrollado por el equipo japonés no resuelve todavía ese desafío, pero acerca un paso más la posibilidad de transformar energía abundante y dispersa en una herramienta útil para la industria, la química y las tecnologías basadas en la luz.
